CN115126494A - 一种巷道修复机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巷道修复机，包括车体支架，车体支架底部设有履带底盘，履带底盘履带编码器；车体支架上还设有机械臂，机械臂包括底座以及若干手臂，机械臂首端的手臂与底座活动连接，机械臂设有若干用于控制手臂的机械臂油缸，其上设有油缸行程传感器；车体支架的控制箱内设有若干路分别作用于履带底盘和机械臂油缸的液压系统控制元件；车体支架上还设有倾角传感器、辅助行走编码器、激光雷达、高清摄像仪、红外传感器、超声波传感器，机械臂末端的手臂上还设有深度相机。相比现有技术采用人工近距离手动操作且需要肉眼观察判断的挖槽作业的方式，本发明降低了工人劳动强度，并且有效提高了巷道修复的作业效率、提升了作业质量。

Description

一种巷道修复机

技术领域

本发明涉及巷道修复领域，特别是一种巷道修复机。

背景技术

巷道是煤矿井下重要的场所之一，由于巷道形变导致的破损、地面鼓包将极大影响井下作业、运输。现有的巷道修复机存在操作复杂、功能单一、作业质量差等问题，不能满足对巷道修复的实际需求。因此如何在巷道受压变形后修复，特别是对岩石底板、起鼓、侧帮水沟挖掘作业等机械化、智能化工具的研发具有迫切的需求。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种巷道修复机，有效提高了巷道修复的作业效率、提升了作业质量。

本发明公开了一种巷道修复机，包括车体支架，车体支架底部设有履带底盘，履带底盘设有用于测量履带速度的履带编码器；车体支架上设有控制箱、液压油箱、与液压油箱连接的液压泵、用于驱动液压泵的发动机；

车体支架上还设有机械臂，机械臂包括底座以及依次活动连接的若干手臂，机械臂首端的手臂与底座活动连接，机械臂末端的手臂上设有铣挖装置，各相连手臂间以及底座与相连的手臂之间均活动连接有机械臂油缸，各机械臂油缸设有油缸行程传感器；控制箱内设有若干路分别作用于履带底盘和机械臂油缸的液压系统控制元件，液压系统控制元件包括依次连接的：与液压泵相连的减压阀、比例电磁阀、节流阀、电磁阀、用于连接油缸的平衡阀；

控制箱内还设有倾角传感器和辅助行走编码器；

车体支架上还设有分别位于机械臂左右两侧且朝向巷道修复机前方的激光雷达和高清摄像仪，机械臂末端的手臂上还设有朝向铣挖装置方向的深度相机；

车体支架前端还设有红外传感器、超声波传感器。

进一步地，履带底盘设有左履带和右履带，履带底盘的左右两侧分别设有左履带编码器和右履带编码器。

进一步地，控制箱内设有履带液压阀组，履带液压阀组包括两路液压系统控制元件，分别作用于左履带和右履带，以控制履带底盘的行走。

进一步地，机械臂具体包括：

与底座铰接的大臂，底座与大臂间铰接有大臂油缸，大臂油缸设有大臂行程传感器；

与大臂铰接的中臂，大臂与中臂间铰接有中臂油缸，中臂油缸设有中臂行程传感器；

与中臂铰接的小臂，中臂与小臂间铰接有小臂油缸，小臂油缸设有小臂行程传感器；

与小臂铰接的辅助臂，小臂与辅助臂间铰接有辅助臂油缸，辅助臂油缸设有辅助臂行程传感器；

其中，辅助臂上设有末端执行支架，铣挖装置和深度相机均设置于末端执行支架上。

进一步地，控制箱内设有机械臂液压阀组，机械臂液压阀组包括四路液压系统控制元件，分别与大臂油缸、中臂油缸、小臂油缸、辅助臂油缸连接。

进一步地，控制箱包括电气元件腔体和液压元件腔体，各液压系统控制元件设置于液压元件腔体内，倾角传感器和辅助行走编码器设置于电气元件腔体内。

进一步地，电器元件腔体内还设有：无线路由器和语音播放器，电器元件腔体表面复位按钮和急停按钮，电器元件腔体前端设有多参数传感器，电器元件腔体顶端设有温湿度传感器、烟雾传感器和报警LED。

进一步地，车体支架上还设有工控机箱和液压泵箱，工控机箱内设有工控机，激光雷达、高清摄像仪和深度相机分别与工控机电连接；发动机和液压泵设置于液压泵箱内。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过机械臂上的油缸行程传感器和深度相机，能够实时反馈机械臂姿态，进而实现机械臂姿态的感知，再通过液压系统控制元件对机械臂油缸进行精准控制，实现机械臂的无级调速。在操作人员采用红外激光笔等方式指定密封槽的起点和高度的情况下，深度相机和高清摄像仪能够拍摄密封槽开挖起点和高度图像，获取图像点云数据，配合工控机解析得到密封槽的起点和高度坐标，为控制巷道修复机进行铣挖作业提供必要的参数信息。相比现有技术人工近距离手动操作且需要肉眼观察判断的挖槽作业的方式，本发明降低了工人劳动强度，并且有效提高了巷道修复的作业效率、提升了作业质量。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例公开的巷道修复机的立体图。

图2是本发明优选实施例公开的巷道修复机的整体结构图。

图3是本发明优选实施例公开的机械臂结构图。

图4是本发明优选实施例公开的巷道修复机的控制系统原理框图。

图5是本发明优选实施例公开的液压系统控制元件的原理框图。

图6是本发明优选实施例公开的巷道修复机的部分控制流程图。

图7是本发明优选实施例公开的巷道修复机的另一部分控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明公开了一种巷道修复机，包括车体支架，车体支架底部设有履带底盘，履带底盘设有用于测量履带速度的履带编码器。例如，履带底盘设有左履带和右履带，履带底盘的左右两侧分别设有左履带编码器和右履带编码器，能够分别检测两履带的速度。

车体支架上设有控制箱、液压油箱、与液压油箱连接的液压泵、用于驱动液压泵的发动机。

车体支架上还设有机械臂，机械臂包括底座以及依次活动连接的若干手臂，机械臂首端的手臂与底座活动连接，机械臂末端的手臂上设有铣挖装置，各相连手臂间以及底座与相连的手臂之间均活动连接有机械臂油缸，使得能够通过控制机械臂油缸的来控制机械臂的动作，进而完成铣挖作业，各机械臂油缸设有油缸行程传感器，用于检测对应机械臂油缸的伸缩长度。控制箱内设有若干路分别作用于履带底盘和机械臂油缸的液压系统控制元件，液压系统控制元件包括依次连接的：与液压泵相连的减压阀、比例电磁阀、节流阀、电磁阀、用于连接油缸的平衡阀，其中，比例电磁阀，用于控制各自对应油缸的运动速度和方向，实现巷道修复机行走和机械臂工作速度与姿态的调整。电磁阀用于控制各自对应油缸的开关。

控制箱内还设有倾角传感器和辅助行走编码器，倾角传感器用于监视巷道修复机的车体倾斜信息，辅助行走编码器运用检测履带底盘的运行速度。

车体支架上还设有分别位于机械臂左右两侧且朝向巷道修复机前方的激光雷达和高清摄像仪，机械臂末端的手臂上还设有朝向铣挖装置方向的深度相机。激光雷达和高清摄像仪用于扫描巷道修复机在巷道中的位置数据。优选的，车体支架设有激光雷达支架和高清摄像仪支架。深度相机和高清摄像仪还能够拍摄密封槽开挖起点和高度图像，以获取图像点云数据，配合工控机解析得到密封槽的起点和高度坐标，为控制巷道修复机进行铣挖作业提供必要的参数信息。

车体支架前端还设有红外传感器、超声波传感器，能够采集巷道修复机的周边障碍信息，进而使得巷道修复机能够实现避障行走。

本发明中，机械臂具体包括大臂、中臂、小臂和辅助臂，其中，大臂与底座铰接，底座与大臂间铰接有大臂油缸，大臂油缸设有大臂行程传感器；中臂与大臂铰接，大臂与中臂间铰接有中臂油缸，中臂油缸设有中臂行程传感器；小臂与中臂铰接，中臂与小臂间铰接有小臂油缸，小臂油缸设有小臂行程传感器；辅助臂与小臂铰接，小臂与辅助臂间铰接有辅助臂油缸，辅助臂油缸设有辅助臂行程传感器。辅助臂上设有末端执行支架，铣挖装置和深度相机均设置于末端执行支架上。

本发明中，控制箱内设有机械臂液压阀组，机械臂液压阀组包括四路液压系统控制元件，分别与大臂油缸、中臂油缸、小臂油缸、辅助臂油缸连接。

本发明中，控制箱包括电气元件腔体和液压元件腔体，各液压系统控制元件设置于液压元件腔体内，倾角传感器和辅助行走编码器设置于电气元件腔体内。

本发明中，电器元件腔体内还设有：无线路由器和语音播放器，电器元件腔体表面复位按钮和急停按钮，电器元件腔体前端设有多参数传感器，电器元件腔体顶端设有温湿度传感器、烟雾传感器和报警LED。

本发明中，车体支架上还设有工控机箱和液压泵箱，工控机箱内设有工控机，激光雷达、高清摄像仪和深度相机分别与工控机电连接；发动机和液压泵设置于液压泵箱内。

为对本发明进行详细说明，公开了以下实施例。

实施例一

如图1至图3所示的一种巷道修复机，包括机械臂106、工控机箱107、控制箱111、液压泵箱112、履带底盘113、车体支架114和液压油箱115。车体支架114前端布置红外传感器83、超声波传感器84和车体LED57；车体支架114左侧前端布置高清摄像仪支架125，高清摄像仪支架125上端布置高清摄像仪53，车体支架114右侧前端布置激光雷达支架117，激光雷达支架117上端布置激光雷达52。工控机箱107内部布置工控机51。履带底盘113两侧安装有左侧履带编码器60和右侧履带编码器61。控制箱111内部分成前后两个腔体，前方腔体为用于安装电气系统控制元件的电气元件腔体，在其内部布置无线路由器55、控制器50、倾角传感器82、辅助行走编码器62和语音播放器85，侧面表面布置复位按钮87和急停按钮86，并且其前方表面布置多参数传感器81，顶部表面布置温湿度传感器79、烟雾传感器80和报警LED58。控制箱111后方腔体为用于布置液压系统控制元件的液压元件腔体，其内布置有机械臂液压阀组131和履带液压阀组132，机械臂液压阀组131包括四路液压系统控制元件，履带液压阀组132包括两路液压系统控制元件，每一路液压系统控制元件都包括减压阀12、比例电磁阀13、节流阀14、电磁阀15和平衡阀16，其中，比例电磁阀13和电磁阀15参与巷道修复机的系统控制，比例电磁阀13包括辅助臂比例电磁阀67、小臂比例电磁阀68、中臂比例电磁阀69、大臂比例电磁阀70、右侧履带比例电磁阀71和左侧履带比例电磁阀72，电磁阀15包括辅助臂电磁阀73、小臂电磁阀74、中臂电磁阀75、大臂电磁阀76、右侧履带电磁阀77和左侧履带电磁阀78。

巷道修复机机械臂包括：末端执行器支架151、深度相机54、辅助臂152、辅助臂油缸153、辅助臂行程传感器66、小臂154、小臂油缸160、小臂行程传感器65、中臂155、中臂油缸159、中臂行程传感器64、大臂156、大臂油缸157、大臂行程传感器63和底座158。底座158固定连接车体支架114，大臂156与底座158铰接，大臂油缸157两端分别铰接大臂156和底座158，大臂油缸157上面布置大臂行程传感器63；中臂155与大臂156铰接，中臂油缸159两端分别铰接中臂155和大臂156，中臂油缸159上面布置中臂行程传感器64；小臂154与中臂155铰接，小臂油缸160两端分别铰接小臂154和中臂155，小臂油缸160上面布置小臂行程传感器65；辅助臂152与小臂154铰接，辅助臂油缸153两端分别铰接辅助臂152和小臂154，辅助臂油缸153上面布置辅助臂行程传感器66；深度相机54布置在末端执行器支架151顶部。

实施例二

如图4所示的巷道修复机的控制系统，包括控制器，控制器50电连接工控机51，采用CAN总线连接，用于数据通讯和指令控制；工控机51分别电连接激光雷达52、高清摄像仪53和深度相机54，采用RS485总线连接，在工控机51内部完成激光雷达52、高清摄像仪53和深度相机54采集信号的图像识别算法和深度学习算法的运算数据处理；控制器50电连接无线路由器55，采用以太网线连接，可通过wifi接至煤矿现有4G网络，用于完成巷道修复机与地面监控中心的无线数据通讯，实现地面监控中心对巷道修复机作业情况的全程监控；控制器50电连接无线遥控器56，采用无线电连接，用于实现巷道修复机的远程遥控及修复机运行参数的显示；控制器50分别电连接车体LED57、报警LED58和机械臂LED59，数字量输出信号，用于控制车体LED57、报警LED58和机械臂LED59是否点亮控制，增加可服务性；控制器50分别电连接急停按钮86、复位按钮87，数字量输入信号，用于巷道修复机紧急情况下，按下急停按钮86系统电源断电，单一故障排除后按下复位按钮87，系统可以再次上电；控制器50分别电连接左侧履带编码器60、右侧履带编码器61和辅助行走编码器62，数字量输入信号，用于测量左、右侧履带的运行速度，参与修复机的运动控制；控制器50分别电连接大臂行程传感器63、中臂行程传感器64、小臂行程传感器65和辅助臂行程传感器66，采用模拟量输入信号，用于测量反馈各自对应油缸的伸缩长度，控制机械臂的工作速度和姿态；控制器50分别电连接辅助臂比例电磁阀67、小臂比例电磁阀68、中臂比例电磁阀69、大臂比例电磁阀70、右侧履带比例电磁阀71和左侧履带比例电磁阀72，PWM输出信号，用于控制各自对应油缸的运动速度和方向，实现巷道修复机行走和机械臂工作速度与姿态的调整；控制器50分别电连接辅助臂电磁阀73、小臂电磁阀74、中臂电磁阀75、大臂电磁阀76、右侧履带电磁阀77和左侧履带电磁阀78，数字量输出信号，用于控制各自对应油缸的开关；控制器50电连接温湿度传感器79，采用RS485总线连接，用于采集巷道温湿度环境信息；控制器50电连接烟雾传感器80，采用RS485总线连接，用于采集巷道烟雾浓度信息；控制器50电连接多参数传感器81，采用RS485总线连接，用于采集巷道甲烷、一氧化碳、二氧化碳气体信息；控制器50电连接倾角传感器82，采用RS485总线连接，用于监视巷道修复机的车体倾斜信息；控制器50电连接红外传感器83，数字量输入信号，用于采集巷道修复机的周边障碍信息；控制器50电连接超声波传感器84，采用RS485总线连接，用于采集巷道修复机的周边障碍信息；控制器50电连接语音播放器85，采用光纤连接，用于采集巷道修复机的语音播报；控制器50可根据无线遥控器56的输入指令，执行巷道修复机本地和远程控制模式选择以及远程控制模式下手动和自动模式运行的选择。

实施例三

本实施例中巷道修复机包括共六路液压系统控制元件，其中四路液压系统控制元件作用于机械臂的姿态控制，2路液压系统控制元件作用于履带底盘的行走控制，其液压控制原理如图5所示，液压泵11出油口连接减压阀12，顺次连接比例电磁阀13、节流阀14、电磁阀15、平衡阀16后连接油缸18，在油缸18位置处布置行程传感器19，用于油缸伸缩行程量值反馈，参与闭环伺服控制；油缸18出油口顺次连接平衡阀16、电磁阀15、节流阀14、比例电磁阀13、减压阀12后连接液压泵11进油口，在油缸18进、出油口前布置压力传感器17，用于油路油压检测。

实施例四

本实施例公开了一种巷道修复机的控制流程如图6和图7所示，巷道修复机启动后，先进行开机自检，自检项目包括各路传感器、控制系统的原始状态；自检成功后，无线遥控器发送控制指令给巷道修复机，若是远程控制则进入遥控行走子程序，否则进入本地控制模式，在本地控制模式里选择手动还是自动模式，若是手动则进入手动行走子程序，否则进入自动控制模式；在自动模式里，控制器对烟雾传感器、温湿度传感器和多参数传感器进行数据采集，用于监控巷道环境；控制器对倾角传感器进行数据采集，监控车体姿态，激光雷达和高清摄像仪扫描巷道修复机在巷道中的位置数据，在工控机里进行数据分析处理，并将计算结果传输给控制器，以进行位姿计算；控制器对超声波传感器、红外传感进行数据采集，完成巷道修复机周围的障碍检测；巷道修复机开始行走，行走过程中机械臂保持在初始位置，行走过程中若出现故障，则停止运行，语音播放故障信息，若没有，则一直行走至作业地点。

巷道修复机在铣挖密封槽的情况下，首先，巷道修复机通过定位导航功能自主移动到铣挖密封槽地点；然后，操作人员采用红外激光笔指定密封槽的起点和高度；再然后，深度相机和高清摄像仪拍摄密封槽开挖起点和高度图像，获取图像点云数据，在工控机采用图像识别技术获取密封槽的起点和高度坐标，并将获取的坐标值传递给控制器；再然后，通过激光雷达、高清摄像仪、各行程传感器和倾角传感器，同时结合密封槽起点和高度坐标，巷道修复机自主调节距离巷道壁的距离及姿态，进行最优位姿；再然后，巷道修复机铣挖密封槽，控制器根据上述各个传感器反馈数据实时进行控制参数调整；最后密封槽铣挖完成，例如，其形状是侧壁为宽1200mm，深500mm，上壁为宽1200mm，深300mm的矩形。

通过上述对本发明的说明可知，本发明所提出的巷道修复机通过机械臂姿态感知功能、车体位姿感知功能、无级调速功能、远程操作功能、通讯功能、远程监控功能、语音自动告警功能、视觉识别功能、自动铣挖密封槽功能等，能够让巷道修复机自动化铣挖出符合需求的密封槽，相比现有技术可以有效降低工人劳动强度，减少环境对工人身体的危害，减少安全事故的发生，提高工作效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种巷道修复机，包括车体支架，其特征在于，车体支架底部设有履带底盘，履带底盘设有用于测量履带速度的履带编码器；车体支架上设有控制箱、液压油箱、与液压油箱连接的液压泵、用于驱动液压泵的发动机；

车体支架上还设有机械臂，机械臂包括底座以及依次活动连接的若干手臂，机械臂首端的手臂与底座活动连接，机械臂末端的手臂上设有铣挖装置，各相连手臂间以及底座与相连的手臂之间均活动连接有机械臂油缸，各机械臂油缸设有油缸行程传感器；控制箱内设有若干路分别作用于履带底盘和机械臂油缸的液压系统控制元件，液压系统控制元件包括依次连接的：与液压泵相连的减压阀、比例电磁阀、节流阀、电磁阀、用于连接油缸的平衡阀；

控制箱内还设有倾角传感器和辅助行走编码器；

车体支架上还设有分别位于机械臂左右两侧且朝向巷道修复机前方的激光雷达和高清摄像仪，机械臂末端的手臂上还设有朝向铣挖装置方向的深度相机；

车体支架前端还设有红外传感器、超声波传感器。

2.根据权利要求1所述的巷道修复机，其特征在于，履带底盘设有左履带和右履带，履带底盘的左右两侧分别设有左履带编码器和右履带编码器。

3.根据权利要求2所述的巷道修复机，其特征在于，控制箱内设有履带液压阀组，履带液压阀组包括两路液压系统控制元件，分别作用于左履带和右履带，以控制履带底盘的行走。

4.根据权利要求1所述的巷道修复机，其特征在于，机械臂具体包括：

与底座铰接的大臂，底座与大臂间铰接有大臂油缸，大臂油缸设有大臂行程传感器；

与大臂铰接的中臂，大臂与中臂间铰接有中臂油缸，中臂油缸设有中臂行程传感器；

与中臂铰接的小臂，中臂与小臂间铰接有小臂油缸，小臂油缸设有小臂行程传感器；

与小臂铰接的辅助臂，小臂与辅助臂间铰接有辅助臂油缸，辅助臂油缸设有辅助臂行程传感器；

其中，辅助臂上设有末端执行支架，铣挖装置和深度相机均设置于末端执行支架上。

5.根据权利要求4所述的巷道修复机，其特征在于，控制箱内设有机械臂液压阀组，机械臂液压阀组包括四路液压系统控制元件，分别与大臂油缸、中臂油缸、小臂油缸、辅助臂油缸连接。

6.根据权利要求1所述的巷道修复机，其特征在于，控制箱包括电气元件腔体和液压元件腔体，各液压系统控制元件设置于液压元件腔体内，倾角传感器和辅助行走编码器设置于电气元件腔体内。

7.根据权利要求6所述的巷道修复机，其特征在于，电器元件腔体内还设有：无线路由器和语音播放器，电器元件腔体表面复位按钮和急停按钮，电器元件腔体前端设有多参数传感器，电器元件腔体顶端设有温湿度传感器、烟雾传感器和报警LED。

8.根据权利要求1所述的巷道修复机，其特征在于，车体支架上还设有工控机箱和液压泵箱，工控机箱内设有工控机，激光雷达、高清摄像仪和深度相机分别与工控机电连接；发动机和液压泵设置于液压泵箱内。

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